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公開番号2024176000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094173
出願日2023-06-07
発明の名称DC/DCコンバータおよびそのコントローラ回路
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20241212BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】改良された電流モードのDC/DCコンバータのコントローラ回路を提供する。
【解決手段】エラーアンプ210は、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTとその目標電圧の誤差を増幅して誤差信号EOUTを生成する。電流モードのパルス変調器220は、誤差信号EOUTとDC/DCコンバータ100のコイル電流ILを示す電流検出信号CSNSとにもとづいて、パルス信号TONを生成する。電流リップル検出回路240は、コイル電流ILのピークを示すピーク電流検出信号PEAKおよびコイル電流ILのボトムを示すバレー電流検出信号VALLEYを生成する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＣ／ＤＣコンバータのコントローラ回路であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標電圧の誤差を増幅して誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記誤差信号と前記ＤＣ／ＤＣコンバータのコイル電流を示す電流検出信号とにもとづいて、パルス信号を生成する電流モードのパルス変調器と、
前記コイル電流のピークを示すピーク電流検出信号および前記コイル電流のボトムを示すバレー電流検出信号を生成する電流リップル検出回路と、
を備える、コントローラ回路。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記パルス変調器は、前記誤差信号に前記ピーク電流検出信号と前記バレー電流検出信号の差分にもとづくリップル検出信号の所定係数倍の信号を合成した信号が、前記電流検出信号と等しくなると、前記パルス信号を第１レベルとし、所定時間の経過後に前記パルス信号を第２レベルとする、請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含む同期整流型の降圧コンバータであり、
前記電流リップル検出回路は、
前記パルス信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオンレベルからオフを指示するオフレベルに遷移したことをトリガーとして、前記コイル電流を示す電流検出信号をサンプルホールドして前記ピーク電流検出信号を生成し、
前記パルス信号が前記オフレベルから前記オンレベルに遷移したことをトリガーとして、前記電流検出信号をサンプルホールドして前記バレー電流検出信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項４】
前記電流リップル検出回路は、
前記パルス信号が前記オンレベルから前記オフレベルに遷移した後、所定時間の間、アサートされる第１サンプルホールド信号と、前記パルス信号が前記オフレベルから前記オンレベルに遷移した後、所定時間の間、アサートされる第２サンプルホールド信号を生成するタイミング発生器と、
前記第１サンプルホールド信号に応じて前記電流検出信号をサンプルホールドして前記ピーク電流検出信号を生成する第１サンプルホールド回路と、
前記第２サンプルホールド信号に応じて前記電流検出信号をサンプルホールドして前記バレー電流検出信号を生成する第２サンプルホールド回路と、
を含む、請求項３に記載のコントローラ回路。
【請求項５】
前記電流リップル検出回路は、
前記第１サンプルホールド回路の後段に接続された少なくともひとつのスイッチドキャパシタフィルタと、
前記第２サンプルホールド回路の後段に接続された少なくともひとつのスイッチドキャパシタフィルタと、
をさらに含む、請求項４に記載のコントローラ回路。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含む同期整流型の降圧コンバータであり、
前記電流リップル検出回路は、
前記パルス信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオンレベルからオフを指示するオフレベルに遷移したことをトリガーとして、前記コイル電流を示す電流検出信号をサンプルホールドして前記ピーク電流検出信号を生成し、
前記パルス信号が前記オフレベルである区間において前記電流検出信号をトラックし、前記パルス信号が前記オンレベルに遷移するとホールドして前記バレー電流検出信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ回路。
【請求項７】
前記電流リップル検出回路は、
前記パルス信号が前記オンレベルから前記オフレベルに遷移した後、所定時間の間、アサートされる第１サンプルホールド信号と、前記パルス信号が前記オフレベルである区間においてアサートされる第２サンプルホールド信号を生成するタイミング発生器と、
前記第１サンプルホールド信号に応じて前記電流検出信号をサンプルホールドして前記ピーク電流検出信号を生成する第１サンプルホールド回路と、
前記第２サンプルホールド信号に応じて前記電流検出信号をトラックホールドして前記バレー電流検出信号を生成する第２サンプルホールド回路と、
を含む、請求項６に記載のコントローラ回路。
【請求項８】
前記電流リップル検出回路は、
前記第１サンプルホールド回路の後段に接続されたスイッチドキャパシタフィルタと、
前記第２サンプルホールド回路の後段に接続されたスイッチドキャパシタフィルタと、
をさらに含む、請求項７に記載のコントローラ回路。
【請求項９】
前記パルス変調器は、
前記誤差信号を差動電流に変換するｇｍアンプと、
前記ｇｍアンプの第１出力と、コイル電流の経路上に設けられたインピーダンス素子の一端との間に接続される第１抵抗と、
前記ｇｍアンプの第２出力と、前記インピーダンス素子の他端との間に接続される第２抵抗と、
前記ｇｍアンプの前記第１出力と前記第２出力と、前記ピーク電流検出信号および前記バレー電流検出信号と、を受け、前記ｇｍアンプの前記第１出力と前記第２出力の差分電圧と、前記ピーク電流検出信号と前記バレー電流検出信号の差分の１／２倍の信号と、を比較可能に構成された比較回路と、
を含む、請求項２に記載のコントローラ回路。
【請求項１０】
前記比較回路は、
インバータと、
それぞれの出力が前記インバータと共通に接続された複数のｇｍアンプと、
を含む、請求項９に記載のコントローラ回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
スマートホンや、タブレットコンピュータなどの民生機器、車載機器、ＯＡ機器、産業機器をはじめとするさまざまな電子機器には、電池電圧や外部電源電圧よりも低い、または高い電源電圧を必要とする回路部品が搭載される。このような回路部品に適切な電源電圧を供給するために、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）や昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータが利用される。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣコンバータの制御方式のひとつとして電流モード制御がある。電流モード制御では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と目標電圧の誤差をエラーアンプによって増幅し、コイル電流をエラーアンプの出力電圧（誤差電圧という）で決まる電流量の近傍に安定化する。つまり、誤差電圧は、コイル電流の目標値を示しており、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷電流に応じて変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１１３６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、電流モードのＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ＣＯＴ（Constant-On-Time）制御あるいは一定オフ時間制御（Constant-Off-Time）を導入するにあたり、以下の課題を認識するに至った。
【０００６】
ここでは、電流モードの降圧コンバータにＣＯＴ制御を組み合わせる場合を例として説明する。
【０００７】
ＣＯＴ制御では、スイッチングトランジスタがオフである期間（オフ区間）、コイル電流の検出値Ｖ
ＣＳ
が、エラーアンプの出力である誤差電圧ＥＯＵＴと比較される。コイル電流の検出値Ｖ
ＣＳ
が誤差電圧ＥＯＵＴより低くなると、スイッチングトランジスタがターンオンする。そして一定のオン時間の経過後に、スイッチングトランジスタがターンオフする。
【０００８】
この制御では、誤差電圧ＥＯＵＴは、コイル電流のボトムレベル（バレー電流）を規定していることになる。したがって電流モードのコンバータでは、誤差電圧ＥＯＵＴをクランプすることにより、電流制限をかけることが可能である。
【０００９】
ここでコイル電流はリップルをもち、リップル幅は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧、出力電圧に依存して変化する。したがって、誤差電圧ＥＯＵＴをある電圧レベルＶＣＬにてクランプした場合に、バレー電流は、電圧レベルＶＣＬに応じた電流レベルに制限されることとなるが、そのときのコイル電流の平均値（実効値）は、リップル幅によって変化してしまい、アプリケーションの設計を困難としている。
【００１０】
本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、改良された電流モードのＤＣ／ＤＣコンバータのコントローラ回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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